Reprogramming bacterial protein organelles as a nanoreactor for hydrogen production.
Reprogramming bacterial protein organelles as a nanoreactor for hydrogen production.
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将细菌蛋白质细胞器重新编程为产氢纳米反应器
DOI：
10.1038/s41467-020-19280-0
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发表时间：
2020-10-28
影响因子：
16.6
通讯作者：
Liu LN
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li T;Jiang Q;Huang J;Aitchison CM;Huang F;Yang M;Dykes GF;He HL;Wang Q;Sprick RS;Cooper AI;Liu LN
区隔化是细胞中普遍存在的构建原理，它允许生物元素和反应的分离。羧基小体是一种特殊的细菌细胞器，它将酶包裹在类似病毒的蛋白质外壳中，在光合作用中起着至关重要的作用。羧基体自然设计的结构、半渗透性和催化性能的改进激发了新的纳米材料的合理设计和工程，将所需的酶结合到蛋白质外壳中，以增强催化性能。在这里，我们在工业微生物大肠杆菌中构建了大的、完整的羧基体壳（直径超过90 nm），表达了一组羧基体蛋白编码基因。我们开发了酶激活、壳自组装和货物封装策略，以构建一个强大的纳米反应器，该反应器将催化活性[FeFe]-氢化酶和功能伙伴结合在空壳中以生产氢气。研究表明，新型催化剂的外壳封装和内部微环境有利于被封装的氧敏感氢化酶的产氢。该研究提供了对羧酸体组装和形成的见解，并为工程羧酸体壳基纳米反应器招募特定酶进行各种催化反应铺平了道路。
Compartmentalization is a ubiquitous building principle in cells, which permits segregation of biological elements and reactions. The carboxysome is a specialized bacterial organelle that encapsulates enzymes into a virus-like protein shell and plays essential roles in photosynthetic carbon fixation. The naturally designed architecture, semi-permeability, and catalytic improvement of carboxysomes have inspired rational design and engineering of new nanomaterials to incorporate desired enzymes into the protein shell for enhanced catalytic performance. Here, we build large, intact carboxysome shells (over 90 nm in diameter) in the industrial microorganismEscherichia coliby expressing a set of carboxysome protein-encoding genes. We develop strategies for enzyme activation, shell self-assembly, and cargo encapsulation to construct a robust nanoreactor that incorporates catalytically active [FeFe]-hydrogenases and functional partners within the empty shell for the production of hydrogen. We show that shell encapsulation and the internal microenvironment of the new catalyst facilitate hydrogen production of the encapsulated oxygen-sensitive hydrogenases. The study provides insights into the assembly and formation of carboxysomes and paves the way for engineering carboxysome shell-based nanoreactors to recruit specific enzymes for diverse catalytic reactions.
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DOI：
10.3390/life5021141
发表时间：
2015-03-27
期刊：
Life (Basel, Switzerland)
影响因子：
--
作者：
Cai F;Dou Z;Bernstein SL;Leverenz R;Williams EB;Heinhorst S;Shively J;Cannon GC;Kerfeld CA
通讯作者：
Kerfeld CA
影响因子：
56.9
作者：
Kerfeld, CA;Sawaya, MR;Yeates, TO
通讯作者：
Yeates, TO
影响因子：
15
作者：
Esselborn, Julian;Kertess, Leonie;Happe, Thomas
通讯作者：
Happe, Thomas
DOI：
10.1073/pnas.2007990117
发表时间：
2020-07-21
影响因子：
11.1
作者：
Huang, Fang;Kong, Wen-Wen;Liu, Lu-Ning
通讯作者：
Liu, Lu-Ning
影响因子：
14.8
作者：
Lee, Matthew J.;Mantell, Judith;Warren, Martin J.
通讯作者：
Warren, Martin J.